RU2792487C2

RU2792487C2 - A.n. sergeev's cycle of control of internal combustion engine and the engine for its implementation

Info

Publication number: RU2792487C2
Application number: RU2021118920A
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Сергеев
Original assignee: Александр Николаевич Сергеев
Filing date: 2021-06-28
Publication date: 2023-03-22

Abstract

FIELD: engine building.

SUBSTANCE: invention can be used in manufacturing and operation of engines for vehicles. The fuel-air mixture (FA) is homogenized at λ≤0.5. After closing the purge and outlet windows of the working cylinder, the fuel assemblies are fed into the circular channel around the combustion chamber, which is used as a pre-ignition chamber, and into the combustion chamber at a pressure greater than atmospheric pressure. Fuel assemblies in the combustion chamber are depleted by 0.6≤λ≤2.0, air from the working cylinder. In the pre-ignition chamber, combustion chamber and in the working cylinder, different quality of fuel assemblies is ensured. Then spark ignition of fuel assemblies is carried out. The ignition advance timing is set in the range of 0°…+20° after TDC, depending on the speed of the engine crankshaft when the working cylinder is completely filled with atmospheric air in all engine operating modes and at a compression ratio in the combustion chamber of ε =10…20. The fuel assemblies are ignited simultaneously with several plugs, the electrodes of which are located in the upper circular channel. According to another option, in the range of the stroke of the working piston from top dead centre (TDC) to bottom dead centre (BDC), water or its mixture with other liquids is fed into the combustion chamber.

EFFECT: combination of features of the proposed cycle of operation and design of the engine ensures the achievement of the claimed technical result, which consists in increasing the stability of the engine, its power and efficiency.

4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению и может быть применено при производстве и эксплуатации двигателей для транспортных средств.The invention relates to engine building and can be used in the manufacture and operation of engines for vehicles.

Известен двигатель внутреннего сгорания и способ управления им, защищенный патентом РФ №2718463 [1]. Известный двигатель содержит рабочий цилиндр с рабочим поршнем, кинематически связанный с ним компрессорный поршень с компрессорным цилиндром, камеру сгорания со свечой зажигания. Вокруг камеры сгорания выполнены два кольцевых канала, которые соединены с компрессорным цилиндром каналами подачи топливовоздушной смеси (ТВС). Верхний кольцевой канал соединен с камерой сгорания соединительными каналами, расположенными равномерно по его окружности. Нижний кольцевой канал соединен с рабочим цилиндром каналами, оси которых наклонены в сторону оси рабочего цилиндра, а канал, соединяющий нижний кольцевой канал с компрессорным цилиндром снабжен клапаном с управляемым приводом. Способ управления известным двигателем заключается в том, что при мощностном режиме работы одновременно с подачей ТВС в камеру сгорания клапан с управляемым приводом открывают и через дополнительный канал, второй кольцевой канал и каналы, соединяющие его с рабочим цилиндром, подают ТВС в рабочий цилиндр из компрессорного цилиндра. Продолжительность подачи ТВС в рабочий цилиндр в течение цикла работы двигателя регулируют, а в режиме холостого хода и малых нагрузок подачу ТВС в рабочий цилиндр прекращают.Known internal combustion engine and a method of controlling it, protected by RF patent No. 2718463 [1]. The known engine contains a working cylinder with a working piston, a compressor piston kinematically connected to it with a compressor cylinder, a combustion chamber with a spark plug. Two annular channels are made around the combustion chamber, which are connected to the compressor cylinder by channels for supplying an air-fuel mixture (FA). The upper annular channel is connected to the combustion chamber by connecting channels spaced evenly along its circumference. The lower annular channel is connected to the working cylinder by channels, the axes of which are inclined towards the axis of the working cylinder, and the channel connecting the lower annular channel to the compressor cylinder is equipped with a valve with a controlled drive. The method of controlling a known engine consists in the fact that in the power mode of operation, simultaneously with the supply of fuel assemblies to the combustion chamber, a valve with a controlled drive is opened and through an additional channel, the second annular channel and the channels connecting it to the working cylinder, the fuel assemblies are fed into the working cylinder from the compressor cylinder . The duration of the fuel assemblies supply to the working cylinder during the engine operation cycle is regulated, and in the idling and low load mode, the fuel assem- bly supply to the working cylinder is stopped.

Известный двигатель обеспечивает повышение стабильности работы. Однако, при резком переходе на мощностной режим работы, например, при движении автомобиля в городских условиях, в камере сгорания двигателя может образоваться чрезмерно богатая смесь. Это может привести к пропуску зажигания смеси, что нарушит стабильность работы двигателя. Кроме того, в известном двигателе традиционно применяют опережение зажигания ТВС. В момент подачи напряжения на свечу зажигания поршень рабочего цилиндра движется к верхней мертвой точке (ВМТ), и после начала горения ТВС, в течение некоторого времени, давление, повышающееся в камере сгорания, противодействует движению поршня. Это приводит к потере мощности двигателя и также может нарушать стабильность его работы.Known engine provides improved stability. However, during an abrupt transition to a power mode of operation, for example, when driving a car in an urban environment, an excessively rich mixture may form in the combustion chamber of the engine. This can lead to misfiring of the mixture, which will affect the stability of the engine. In addition, in the known engine traditionally used fuel assemblies ignition advance. At the moment of applying voltage to the spark plug, the piston of the working cylinder moves to the top dead center (TDC), and after the start of combustion of the fuel assembly, for some time, the pressure rising in the combustion chamber opposes the movement of the piston. This leads to a loss of engine power and may also affect the stability of its operation.

Известен двигатель, защищены патентом РФ No 2740663 [2], содержащий рабочий цилиндр с рабочим поршнем и кинематически связанный с ним компрессорный поршень с компрессорным цилиндром. Двигатель снабжен камерой сгорания со свечой зажигания. Вокруг камеры сгорания выполнены два кольцевых канала. Первый кольцевой канал связан с камерой сгорания малыми каналами, а второй кольцевой канал соединен с рабочим цилиндром двумя или более малыми каналами, расположенными равномерно по окружности этого кольцевого канала. Оси этих каналов наклонены в сторону оси рабочего цилиндра. Оба снабженными обратными клапанами, и соединены с каналом подачи: топливовоздушной смеси из компрессорного цилиндра через переключатель, обеспечивающий возможность открытия одного из каналов при одновременном закрытии второго канала. Оси каналов, соединяющих второй кольцевой канал с рабочим цилиндром, расположены под разными углами наклона.Known engine, protected by RF patent No 2740663 [2], containing a working cylinder with a working piston and a kinematically associated compressor piston with a compressor cylinder. The engine is equipped with a combustion chamber with a spark plug. Two annular channels are made around the combustion chamber. The first annular channel is connected to the combustion chamber by small channels, and the second annular channel is connected to the working cylinder by two or more small channels evenly spaced along the circumference of this annular channel. The axes of these channels are inclined towards the axis of the working cylinder. Both are equipped with check valves and are connected to the supply channel: air-fuel mixture from the compressor cylinder through a switch that provides the possibility of opening one of the channels while closing the second channel. The axes of the channels connecting the second annular channel with the working cylinder are located at different angles of inclination.

Известная конструкция двигателя обеспечивает возможность плавного, постепенного переключения режима его работы. При закрытии одного из каналов подачи ТВС пропорционально открывается второй канал. При этом в камере сгорания, в районе электрода свечи зажигания, практически всегда состав ТВС будет оптимальным для ее зажигания, что обеспечит достижение технического результата - повышения стабильности работы двигателя.The well-known design of the engine provides the possibility of a smooth, gradual switching of its mode of operation. When one of the FA supply channels is closed, the second channel opens proportionally. At the same time, in the combustion chamber, in the area of the spark plug electrode, the composition of the fuel assembly will almost always be optimal for its ignition, which will ensure the achievement of a technical result - an increase in the stability of the engine.

Однако при подаче ТВС в рабочий цилиндр ее перемешивание с воздухом может не обеспечивать однородность смеси по плотности. Это приведет к неполному сгоранию топлива и, как следствие, к снижению КПД и повышению токсичности отработавших газов.However, when fuel assemblies are fed into the working cylinder, its mixing with air may not ensure the density homogeneity of the mixture. This will lead to incomplete combustion of the fuel and, as a result, to a decrease in efficiency and an increase in the toxicity of exhaust gases.

Известен так же способ управления двигателем внутреннего сгорания по патентам РФ №2707012 [3] и №2656537 [4] при котором топливовоздушную смесь впрыскивают в камеру сгорания из компрессорного цилиндра, снабженного одним или несколькими устройствами для подачи топлива. Ход поршня компрессорного цилиндра устанавливают с опережением или отставанием относительно хода поршня рабочего цилиндра. В интервале хода рабочего поршня от нижней мертвой точки (НМТ) до верхней мертвой точки (ВМТ) в камеру сгорания подают топливовоздушную смесь, а в интервале хода рабочего поршня от ВМТ до НМТ в камеру сгорания подают воду. Подготовку и гомогенизацию топливовоздушной смеси в компрессорном цилиндре производят при коэффициенте избытка воздуха λ≤0,5, а в камере сгорания, в районе электрода свечи зажигания, готовят топливовоздушную смесь с коэффициентом избытка воздуха 0,6≤λ≤2,0, используя для этого воздух, поступающий из рабочего цилиндра. Воду вводят, минуя компрессорный цилиндр, непосредственно в камеру сгорания или в кольцевой канал, расположенный вокруг камеры сгорания и соединенный с ней.There is also known a method for controlling an internal combustion engine according to RF patents No. 2707012 [3] and No. 2656537 [4], in which the air-fuel mixture is injected into the combustion chamber from a compressor cylinder equipped with one or more fuel supply devices. The stroke of the piston of the compressor cylinder is set ahead or behind the stroke of the piston of the working cylinder. In the stroke interval of the working piston from bottom dead center (BDC) to top dead center (TDC), an air-fuel mixture is supplied to the combustion chamber, and in the stroke interval of the working piston from TDC to BDC, water is supplied to the combustion chamber. The preparation and homogenization of the air-fuel mixture in the compressor cylinder is carried out at an excess air coefficient of λ≤0.5, and in the combustion chamber, in the area of the spark plug electrode, an air-fuel mixture is prepared with an excess air coefficient of 0.6≤λ≤2.0, using for this air from the working cylinder. Water is introduced, bypassing the compressor cylinder, directly into the combustion chamber or into an annular channel located around the combustion chamber and connected to it.

Применение этого способа управления двигателем повышает стабильность и безопасность работы двигателя, повышает коэффициент полезного действия двигателя, увеличивает его мощность и снижает токсичность отработавших газов.The use of this method of engine control increases the stability and safety of the engine, increases the efficiency of the engine, increases its power and reduces the toxicity of exhaust gases.

Однако данный способ управления двигателем имеет ряд недостатков, которые снижают его эффективность. В известном двигателе применяется опережающее зажигание. В момент подачи напряжения на свечу зажигания поршень рабочего цилиндра движется к верхней мертвой точке (ВМТ) и, после начала горения ТВС, в течение некоторого времени, давление, повышающееся в камере сгорания, противодействует движению поршня так же, как и в предыдущем аналоге. Это приводит к потере мощности двигателя и может нарушить стабильность его работы. Еще одним из существенных недостатков способа по патенту РФ №26565537 [4] является большое сопротивление движению рабочего поршня от НМТ к ВМТ на режиме холостого хода или частичных нагрузок в результате того, что подаваемая в камеру сгорания вода, мгновенно испаряясь, увеличивает свой объем более, чем в 1000 раз и создает в камере сгорания давление, противодействующее давлению рабочего поршня. В результате может снижаться мощность и стабильность работы двигателя.However, this method of motor control has a number of disadvantages that reduce its efficiency. In a known engine, advanced ignition is used. At the moment of applying voltage to the spark plug, the piston of the working cylinder moves to the top dead center (TDC) and, after the start of combustion of the fuel assembly, for some time, the pressure rising in the combustion chamber counteracts the movement of the piston in the same way as in the previous analogue. This leads to a loss of engine power and may affect the stability of its operation. Another significant disadvantage of the method according to the patent of the Russian Federation No. 26565537 [4] is the high resistance to the movement of the working piston from BDC to TDC at idle or partial loads as a result of the fact that the water supplied to the combustion chamber, instantly evaporating, increases its volume by more than than 1000 times and creates a pressure in the combustion chamber that counteracts the pressure of the working piston. As a result, engine power and stability may be reduced.

Еще одним из существенных недостатков способа по патенту РФ №2707012 [3] является большое сопротивление движению рабочего поршня от НМТ к ВМТ на режиме холостого хода или частичных нагрузок в результате того, что подаваемая в камеру сгорания вода мгновенно испаряясь, увеличивает объем более, чем в 1000 раз. Это создает в камере сгорания давление противодействующее движению рабочего поршня. В результате может снижаться мощность и стабильность работы двигателя.Another significant disadvantage of the method according to RF patent No. 2707012 [3] is the high resistance to movement of the working piston from BDC to TDC at idle or partial loads as a result of the fact that the water supplied to the combustion chamber instantly evaporates, increases the volume by more than 1000 times. This creates pressure in the combustion chamber that counteracts the movement of the working piston. As a result, engine power and stability may be reduced.

Известен также двигатель внутреннего сгорания по патенту РФ No2717201 [5], конструкция и способ управления которым приняты за прототип. Двигатель по прототипу содержит рабочий цилиндр с рабочим поршнем, компрессорный цилиндр с одним или несколькими устройствами для подачи топлива и с компрессорным поршнем, кинематически связанным с с рабочим поршнем, камеру сгорания, форкамеру со свечой зажигания и каналы для подачи ТВС из компрессорного цилиндра в камеру сгорания. Двигатель по прототипу снабжен двумя или более свечами зажигания,An internal combustion engine is also known according to RF patent No2717201 [5], the design and control method of which is taken as a prototype. The prototype engine contains a working cylinder with a working piston, a compressor cylinder with one or more devices for supplying fuel and with a compressor piston kinematically connected to the working piston, a combustion chamber, a prechamber with a spark plug and channels for feeding fuel assemblies from the compressor cylinder to the combustion chamber . The prototype engine is equipped with two or more spark plugs,

установленными в кольцевом канале, расположенном вокруг камеры сгорания так, чтобы электроды свечей входили в полость кольцевого канала. Все свечи зажигания включены в электрическую цепь зажигания.installed in an annular channel located around the combustion chamber so that the electrodes of the candles enter the cavity of the annular channel. All spark plugs are included in the electrical ignition circuit.

Конструкция двигателя по прототипу и способ управления им обеспечивают повышение стабильности работы двигателя и его коэффициента полезного действия. При этом снижается расход топлива и токсичность отработавших газов. Однако, поскольку двигатель по прототипу уменьшает время сгорания ТВС, то в процессе его работы увеличится время, в течение которого, при традиционном применении опережающего зажигания, повышающееся давление в камере сгорания будет препятствовать движению рабочего поршня к ВМТ. Это приведет к потере мощности двигателя, и может привести даже к полной его остановке.Prototype engine design and control method improve engine stability and efficiency. This reduces fuel consumption and exhaust emissions. However, since the engine according to the prototype reduces the combustion time of the fuel assemblies, then during its operation the time will increase during which, with the traditional use of advanced ignition, the increasing pressure in the combustion chamber will prevent the movement of the working piston to TDC. This will result in a loss of engine power, and may even lead to a complete stop.

Техническим результатом предлагаемого способа управления работой двигателя внутреннего сгорания и конструкции двигателя для его осуществления является повышение стабильности работы двигателя, а также повышение его мощности и коэффициента полезного действия (КПД).The technical result of the proposed method for controlling the operation of an internal combustion engine and the design of the engine for its implementation is to increase the stability of the engine, as well as increase its power and efficiency.

Для достижения технического результата предлагается использовать способ управления работой двигателя, при котором топливовоздушную смесь (ТВС) гомогенизируют при коэффициенте избытка воздуха λ≤0,5. После перекрытия продувочных и выпускных окон рабочего цилиндра ТВС подают в газообразном состоянии через кольцевой канал вокруг камеры сгорания в камеру сгорания при давлении в камере сгорания больше атмосферного. При этом ТВС в камере сгорания обедняют до коэффициента избытка воздуха 0,6≤λ≤2,0, используя для этого воздух, поступающий из рабочего цилиндра. В форкамере, камере сгорания и в рабочем цилиндре обеспечивают различное качество ТВС. Затем производят искровое зажигание ТВС.To achieve a technical result, it is proposed to use a method for controlling the operation of the engine, in which the air-fuel mixture (FA) is homogenized at an excess air ratio of λ≤0.5. After closing the purge and outlet windows of the working cylinder, the fuel assemblies are fed in a gaseous state through the annular channel around the combustion chamber into the combustion chamber at a pressure in the combustion chamber greater than atmospheric pressure. At the same time, fuel assemblies in the combustion chamber are depleted to an excess air ratio of 0.6≤λ≤2.0, using air coming from the working cylinder for this. In the prechamber, combustion chamber and in the working cylinder, different quality of fuel assemblies is provided. Then spark ignition of fuel assemblies is carried out.

В отличие от прототипа угол опережения зажигания устанавливают в интервале 0°...+20° около ВМТ в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя при полном наполнении рабочего цилиндра атмосферным воздухом на всех режимах работы двигателя и при степени сжатия в камере сгорания ε=14…30. В качестве форкамеры используют верхний кольцевой канал вокруг камеры сгорания, а поджигают ТВС одновременно несколькими свечами, электроды которых расположены в верхнем кольцевом канале.Unlike the prototype, the ignition timing is set in the range of 0°...+20° near TDC, depending on the engine speed when the working cylinder is completely filled with atmospheric air in all engine operating modes and at a compression ratio in the combustion chamber ε=14 …thirty. The upper annular channel around the combustion chamber is used as a prechamber, and fuel assemblies are ignited simultaneously by several candles, the electrodes of which are located in the upper annular channel.

По другому варианту на установившемся режиме подачу ТВС выключают и в интервале хода рабочего поршня от верхней мертвой точки (ВМТ) до нижней мертвой точки (НМТ) после достижения угла поворота коленчатого вала рабочего цилиндра 0…20° после ВМТ непосредственно в камеру сгорания подают воду или смесь воды с другими жидкостями. Подача воды или ее смеси с другими жидкостями обеспечивает повышение мощности двигателя за счет энергии образующегося при испарении воды пара. Диапазон подачи воды или ее смеси после достижения угла поворота коленчатого вала рабочего цилиндра 0°…20° после ВМТ обусловлен тем, что при ВМТ подача воды приведет к снижению КПД двигателя вследствие противодавления водяного пара давлению, действующему в это время в рабочем цилиндре. После 20° поворота коленчатого вала двигателя резки увеличивается объем камеры сгорания, что сделает не эффективной подачу воды или ее смеси с другими жидкостями. При уменьшении мощности двигателя подачу воды или смеси воды с другими жидкостями выключают, а подачу топлива возобновляют.According to another option, in the steady state, the supply of fuel assemblies is turned off and, in the range of the stroke of the working piston from top dead center (TDC) to bottom dead center (BDC), after reaching the angle of rotation of the crankshaft of the working cylinder 0 ... 20 ° after TDC, water is supplied directly into the combustion chamber or mixture of water with other liquids. The supply of water or its mixture with other liquids provides an increase in engine power due to the energy of the steam formed during the evaporation of water. The range of water supply or its mixture after reaching the angle of rotation of the crankshaft of the working cylinder 0 ° ... 20 ° after TDC is due to the fact that at TDC the water supply will lead to a decrease in engine efficiency due to the counterpressure of water vapor to the pressure acting at that time in the working cylinder. After a 20° turn of the crankshaft of the cutting engine, the volume of the combustion chamber increases, which will make the supply of water or its mixture with other liquids inefficient. When the engine power is reduced, the supply of water or a mixture of water with other liquids is turned off, and the fuel supply is resumed.

В качестве двигателя для осуществления цикла управления используют двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий рабочий цилиндр с продувочными и выпускными окнами. Двигатель снабжен камерой сгорания цилиндрической формы с двумя кольцевыми каналами вокруг нее. В верхнем кольцевом канале расположены несколько свечей зажигания,A two-stroke internal combustion engine is used as an engine for implementing the control cycle, containing a working cylinder with purge and exhaust windows. The engine is equipped with a cylindrical combustion chamber with two annular channels around it. Several spark plugs are located in the upper annular channel,

В двигателе имеется компрессорный цилиндр с компрессорным поршнем и с устройством для подачи топлива. Компрессорный цилиндр соединен каналом с камерой сгорания и с рабочим цилиндром через переключатель и обратные клапаны. Перемещение поршня компрессорного цилиндра относительно перемещения поршня рабочего цилиндра установлено с опережением по углу поворота коленчатого вала компрессорного цилиндра относительно угла поворота коленчатого вала рабочего цилиндра. Верхний кольцевой канал соединен несколькими дополнительными каналами с камерой сгорания. Оси этих дополнительных каналов расположены перпендикулярно оси камеры сгорания. Нижний кольцевой канал соединен несколькими дополнительными каналами с рабочим цилиндром. Двигатель снабжен устройством для подачи в камеру сгорания воды или смеси воды с другими жидкостями.The engine has a compressor cylinder with a compressor piston and a fuel supply device. The compressor cylinder is connected by a channel to the combustion chamber and to the working cylinder through a switch and check valves. The displacement of the piston of the compressor cylinder relative to the displacement of the piston of the working cylinder is set ahead of the angle of rotation of the crankshaft of the compressor cylinder relative to the angle of rotation of the crankshaft of the working cylinder. The upper annular channel is connected by several additional channels to the combustion chamber. The axes of these additional channels are located perpendicular to the axis of the combustion chamber. The lower annular channel is connected by several additional channels to the working cylinder. The engine is equipped with a device for supplying water or a mixture of water with other liquids to the combustion chamber.

В отличие от прототипа дополнительные каналы, соединяющие нижний кольцевой канал с рабочим цилиндром, выполнены в виде усеченных конусов, большие основания которых направлены в сторону оси рабочего цилиндра. Эти дополнительные каналы расположены непрерывной цепью равномерно по окружности нижнего кольцевого канала. По другому варианту дополнительные каналы могут быть скомпонованы в группы. В этом случае каждая группа каналов расположена на радиальных осях камеры сгорания. Группы дополнительных каналов равномерно расположены по окружности нижнего кольцевого канала. Оси дополнительных каналов нижнего кольцевого канала направлены в сторону оси рабочего цилиндра под различными углами в пределах 10…90°.Unlike the prototype, additional channels connecting the lower annular channel with the working cylinder are made in the form of truncated cones, the large bases of which are directed towards the axis of the working cylinder. These additional channels are arranged in a continuous chain evenly around the circumference of the lower annular channel. Alternatively, the additional channels may be arranged in groups. In this case, each group of channels is located on the radial axes of the combustion chamber. Groups of additional channels are evenly spaced around the circumference of the lower annular channel. The axes of the additional channels of the lower annular channel are directed towards the axis of the working cylinder at different angles within 10…90°.

Геометрические размеры камеры сгорания определены из условия; Н>D, где Н - высота камеры сгорания, a D - диаметр камеры сгорания. Ось рабочего цилиндра смещена относительно оси коленчатого вала на 3…40 мм по направлению его вращения, а устройство для подачи воды или смеси воды с другими жидкостями установлено в верхней части камеры сгорания соосно с ней. На внутренней поверхности деталей двигателя, подвергающихся воздействию высокой температуры, нанесено жаростойкое покрытие с низкой теплопроводностью, например оксид алюминия.The geometric dimensions of the combustion chamber are determined from the condition; H>D, where H is the height of the combustion chamber, and D is the diameter of the combustion chamber. The axis of the working cylinder is displaced relative to the axis of the crankshaft by 3...40 mm in the direction of its rotation, and a device for supplying water or a mixture of water with other liquids is installed in the upper part of the combustion chamber coaxially with it. The internal surfaces of engine parts exposed to high temperatures are coated with a heat-resistant coating with low thermal conductivity, such as aluminum oxide.

Совокупность признаков предлагаемого цикла работы и конструкции двигателя обеспечивает достижение заявленного технического результата, заключающегося в повышении стабильности работы двигателя и его мощности и КПД.The combination of features of the proposed cycle of operation and engine design ensures the achievement of the claimed technical result, which consists in increasing the stability of the engine and its power and efficiency.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез предлагаемого двигателя, на фиг. 2 - сечение двигателя по А-А на фиг. 1, на фиг. 3 - сечение двигателя по Б-Б на фиг. 1, при варианте последовательного расположения дополнительных каналов по окружности нижнего кольцевого канала, на фиг. 4 - то же, при варианте расположения дополнительных каналов группами.The invention is illustrated in the drawings, where in Fig. 1 shows a longitudinal section of the proposed engine, Fig. 2 - section of the engine along A-A in Fig. 1 in FIG. 3 - section of the engine along B-B in Fig. 1, with the option of sequential arrangement of additional channels around the circumference of the lower annular channel, in FIG. 4 - the same, with the option of arranging additional channels in groups.

Предлагаемый цикл работы двигателя осуществляется следующим образом.The proposed cycle of the engine is as follows.

Топливовоздушную смесь (ТВС) гомогенизируют в компрессорном цилиндре 1 (см. фиг. 1). В полость 7 компрессорного цилиндра 1, через устройство для подачи топлива 8, канал 9 и лепестковый клапан 10, подают топливо, а через кольцевой канал 11, канал 12 и второй лепестковый клапан 10 - чистый воздух. При этом коэффициент избытка воздуха устанавливают λ≤0,5.The air-fuel mixture (FA) is homogenized in the compressor cylinder 1 (see Fig. 1). Fuel is supplied to the cavity 7 of the compressor cylinder 1 through the fuel supply device 8, channel 9 and petal valve 10, and clean air through the annular channel 11, channel 12 and the second petal valve 10. In this case, the coefficient of excess air is set to λ≤0.5.

Компрессорный поршень 2 кинематически, посредством шатунов 5 и 6 связан с рабочим поршнем 3. При движении компрессорного поршня 2 от нижней мертвой точки (НМТ) к верхней мертвой точке (ВМТ) происходит сжатие, нагрев, испарение и гомогенизация топливовоздушной смеси (ТВС). Однако воспламенения ТВС при этом происходить не будет, поскольку такая переобогащенная смесь при температуре ее гомогенизации гореть не может. Степень сжатия ТВС, следовательно, и температуру ее гомогенизации, регулируют, подбирая усилие сжатия пружины 13 клапана 14. Все это обеспечивает безопасность и стабильность работы двигателя с компрессорным цилиндром.The compressor piston 2 is kinematically connected to the working piston 3 by means of connecting rods 5 and 6. When the compressor piston 2 moves from the bottom dead center (BDC) to the top dead center (TDC), compression, heating, evaporation and homogenization of the air-fuel mixture (FA) occur. However, fuel assemblies will not ignite in this case, since such an over-enriched mixture cannot burn at its homogenization temperature. The degree of compression of the fuel assemblies, and consequently, the temperature of its homogenization, is regulated by selecting the compression force of the spring 13 of the valve 14. All this ensures the safety and stability of the engine with a compressor cylinder.

После перекрытия рабочим поршнем 3 продувочных 30 и выпускных 31 окон происходит полное наполнение рабочего цилиндра 4 атмосферным воздухом. При этом из полости 7 компрессорного цилиндра 1, через клапан 14, канал 15, переключатель 16, каналы 17 и 18, лепестковые клапаны 19 и 20, верхний кольцевой канал 21, выполненный в корпусе 29 камеры сгорания 23, и малые каналы 25, ТВС подают в камеру сгорания 23, а через нижний кольцевой канал 22 и малые каналы 24 - в рабочий цилиндр 4. Переключатель 16 позволяет регулировать долю ТВС, поступающую в камеру сгорания 23 и в рабочий цилиндр 4. В это время рабочий поршень 3 перемещается от своей НМТ к ВМТ, что препятствует выходу ТВС из камеры сгорания 23. При этом в камере сгорания 23, в ее верхней части, готовят ТВС с коэффициентом избытка воздуха 0,6≤λ≤2,0. Для этого используют гомогенизированную ТВС, поступившую из компрессорного цилиндра 1, добавляя в нее воздух, поступающий из рабочего цилиндра 4 в результате движения рабочего поршня 3 к ВМТ. При этом количество воздуха, требуемого для подготовки ТВС в камере сгорания 23 и в верхнем кольцевом канале 21, который используют как форкамеру, регулируют путем смещения по фазе компрессорного поршня 2 относительно положения рабочего поршня 3. Ход поршня 2 компрессорного цилиндра 1 устанавливают с опережением или отставанием относительно хода поршня 3 рабочего цилиндра 4. с помощью, например, изменения передаточного отношения кинематической связи штока 5 рабочего поршня 3 со штоком 6 компрессорного поршня 2. Это приводит к изменению давления в рабочем цилиндре 4 и в камере сгорания 23, что позволяет изменять количество воздуха в камере сгорания 23 и устанавливать в форкамере (верхнем кольцевом канале 21), камере сгорания 23 и рабочем цилиндре 4 различное качество ТВС. Затем производят искровое зажигание ТВС.After the working piston 3 covers the purge 30 and outlet 31 windows, the working cylinder 4 is completely filled with atmospheric air. At the same time, from the cavity 7 of the compressor cylinder 1, through the valve 14, channel 15, switch 16, channels 17 and 18, petal valves 19 and 20, the upper annular channel 21, made in the housing 29 of the combustion chamber 23, and small channels 25, the fuel assemblies are fed into the combustion chamber 23, and through the lower annular channel 22 and small channels 24 - into the working cylinder 4. The switch 16 allows you to adjust the proportion of fuel assemblies entering the combustion chamber 23 and into the working cylinder 4. At this time, the working piston 3 moves from its BDC to TDC, which prevents the exit of fuel assemblies from the combustion chamber 23. At the same time, in the combustion chamber 23, in its upper part, fuel assemblies are prepared with an excess air ratio of 0.6≤λ≤2.0. To do this, use a homogenized fuel assemblies coming from the compressor cylinder 1, adding to it the air coming from the working cylinder 4 as a result of the movement of the working piston 3 to TDC. At the same time, the amount of air required for the preparation of fuel assemblies in the combustion chamber 23 and in the upper annular channel 21, which is used as a prechamber, is controlled by shifting the phase of the compressor piston 2 relative to the position of the working piston 3. The stroke of the piston 2 of the compressor cylinder 1 is set ahead or behind relative to the stroke of the piston 3 of the working cylinder 4. by, for example, changing the gear ratio of the kinematic connection of the rod 5 of the working piston 3 with the rod 6 of the compressor piston 2. This leads to a change in pressure in the working cylinder 4 and in the combustion chamber 23, which allows you to change the amount of air in the combustion chamber 23 and install in the prechamber (upper annular channel 21), the combustion chamber 23 and the working cylinder 4 different quality of fuel assemblies. Then spark ignition of fuel assemblies is carried out.

Использование в качестве форкамеры верхнего кольцевого канала 21, который выполнен в корпусе камеры сгорания 23, окружая ее, позволяет равномерно распределить по окружности камеры сгорания каналы 25, соединяющие канал 21 с камерой сгорания 23 и расположить их попарно соединяющие канал 21 с камерой сгорания 23 и расположить их попарно противоположно и соосно друг другу. А установка в канале 21 нескольких свечей 26 зажигания, электроды 27 которых обеспечивают практически одновременное зажигание ТВС в объеме камеры сгорания 23, приближает процесс горения ТВС к объемному, поскольку зажигание ТВС в камере сгорания 23 становится многофакельным. Известно [6], что при факельном зажигании существенно уменьшается время сгорания ТВС в камере сгорания двигателя. При этом обеспечивается более полное сгорание ТВС. В работе [6] установлено, что в зоне поджигания TRC (в форкамере) движение ТВС должно быть близким к ламинарному, чтобы не нарушать образование и концентрацию свободных радикалов в районе действия искрового разряда. Это уменьшает время поджигания ТВС. Но в камере сгорания и в рабочем цилиндре предпочтительно турбулентное движение ТВС, обеспечивающее получение гомогенной ТВС во всем ее объеме за счет интенсивного перемешивания ТВС, поступающей из кольцевого канала 21 с воздухом, поступающим из рабочего цилиндра 4. Это обеспечивает обеднение ТВС и ее гомогенизацию в камере сгорания 23.Разрешение этого противоречия уменьшит сумму времени поджигания и сгорания ТВС. По предлагаемому способу это достигается тем, что ТВС вводится в кольцевой канал 21, используемый в качестве форкамеры и имеющий небольшое сечение, не успевая завихриться, и, растекаясь по окружности этого канала, попадает непосредственно к электродам 27 свечей зажигания 26 (фиг. 2). Это обеспечивает относительно ламинарное движение ТВС, и сокращает время ее поджигания. Затем, вначале не горящая, а потом и подожженная в виде факелов ТВС вырывается через дополнительные каналы 25 встречными струями. Это обеспечивается попарно противоположным навстречу друг другу расположением дополнительных каналов 25, оси которых перпендикулярны оси камеры сгорания 23. Образуется турбулентный поток, быстро заполняющий весь объем камеры сгорания 23 и перемешивающий подожженные участки ТВС с еще не горящими участками, что ускоряет полное сгорание ТВС.The use of the upper annular channel 21 as a prechamber, which is made in the housing of the combustion chamber 23, surrounding it, allows you to evenly distribute the channels 25 around the circumference of the combustion chamber, connecting the channel 21 with the combustion chamber 23 and arrange them in pairs connecting the channel 21 with the combustion chamber 23 and arrange pairs of them are opposite and coaxial to each other. And the installation in the channel 21 of several spark plugs 26, the electrodes 27 of which provide almost simultaneous ignition of the fuel assemblies in the volume of the combustion chamber 23, brings the combustion process of the fuel assemblies closer to volumetric, since the ignition of the fuel assemblies in the combustion chamber 23 becomes multiflare. It is known [6] that flame ignition significantly reduces the combustion time of fuel assemblies in the engine combustion chamber. This ensures a more complete combustion of fuel assemblies. It was established in [6] that in the TRC ignition zone (in the prechamber), the motion of fuel assemblies should be close to laminar in order not to disturb the formation and concentration of free radicals in the region of the spark discharge. This reduces the ignition time of fuel assemblies. But in the combustion chamber and in the working cylinder, the turbulent movement of the fuel assembly is preferable, which ensures the production of a homogeneous fuel assembly in its entire volume due to the intensive mixing of the fuel assembly coming from the annular channel 21 with the air coming from the working cylinder 4. This ensures the depletion of the fuel assembly and its homogenization in the chamber combustion 23. The resolution of this contradiction will reduce the sum of the time of ignition and combustion of fuel assemblies. According to the proposed method, this is achieved by the fact that the fuel assembly is introduced into the annular channel 21, which is used as a prechamber and has a small cross section, without having time to swirl, and, spreading around the circumference of this channel, falls directly to the electrodes 27 of the spark plugs 26 (Fig. 2). This provides a relatively laminar motion of the fuel assembly, and reduces the time of its ignition. Then, at first not burning, and then set on fire in the form of torches, the fuel assemblies break out through additional channels 25 with oncoming jets. This is ensured by the arrangement of additional channels 25 opposite to each other, the axes of which are perpendicular to the axis of the combustion chamber 23. A turbulent flow is formed that quickly fills the entire volume of the combustion chamber 23 and mixes the ignited sections of the FA with the still not burning areas, which accelerates the complete combustion of the FA.

В результате уменьшается время сгорания порции ТВС, введенной в камеру сгорания 23, сгорание становится более полным, повышается КПД двигателя и уменьшается токсичность отработавших газов. Этому способствует также то, что геометрические размеры камеры сгорания 23 определены из условия Н>D. где Н - высота камеры сгорания 23, a D - ее диаметр. Поток ТВС при этом направляется сверху вниз, вдоль оси камеры сгорания 23, что способствует быстрому ее заполнению.As a result, the combustion time of the portion of fuel assemblies introduced into the combustion chamber 23 decreases, combustion becomes more complete, the engine efficiency increases and the toxicity of exhaust gases decreases. This is also facilitated by the fact that the geometric dimensions of the combustion chamber 23 are determined from the condition H>D. where H is the height of the combustion chamber 23 and D is its diameter. The flow of fuel assemblies in this case is directed from top to bottom, along the axis of the combustion chamber 23, which contributes to its rapid filling.

Интенсивное перемешивание ТВС, поступающей в рабочий цилиндр 4 обеспечивается тем, что дополнительные каналы 24, соединяющие нижний кольцевой канал 22 с рабочим цилиндром 4 выполнены в виде усеченных конусов, большие основания которых направлены в сторону оси рабочего цилиндра 4. Каналы 24 расположены непрерывной цепью равномерно по окружности нижнего кольцевого канала 22 (фиг. 3). По другому варианту дополнительные каналы 24 могут быть скомпонованы в группы (фиг. 4) В этом случае каждая группа каналов 24 расположена на радиальных осях камеры сгорания 23. Группы дополнительных каналов 24 нижнего кольцевого канала 22 равномерно расположены по окружности нижнего кольцевого канала 22. Оси дополнительных каналов 24 нижнего кольцевого канала 22 направлены в сторону оси рабочего цилиндра 4 под различными углами в пределах 10...90°. Несколько интенсивных, направленных под различными углами и расширяющихся газовых потоков, обеспечивают интенсивное перемешивание ТВС в верхней части рабочего цилиндра 4 и нижней части камеры сгорания 23.Intensive mixing of fuel assemblies entering the working cylinder 4 is ensured by the fact that additional channels 24 connecting the lower annular channel 22 with the working cylinder 4 are made in the form of truncated cones, the large bases of which are directed towards the axis of the working cylinder 4. The channels 24 are arranged in a continuous chain evenly along circumference of the lower annular channel 22 (Fig. 3). Alternatively, additional channels 24 can be arranged in groups (Fig. 4) In this case, each group of channels 24 is located on the radial axes of the combustion chamber 23. Groups of additional channels 24 of the lower annular channel 22 are evenly spaced around the circumference of the lower annular channel 22. channels 24 of the lower annular channel 22 are directed towards the axis of the working cylinder 4 at different angles within 10...90°. Several intensive, directed at different angles and expanding gas flows provide intensive mixing of fuel assemblies in the upper part of the working cylinder 4 and the lower part of the combustion chamber 23.

Все это в совокупности уменьшает время, требующееся на поджигание и практически полное сгорание ТВС. При этом достигается, во-первых, уменьшение количества несгоревших остатков топлива, что исключает возможность детонации и обеспечивает уменьшение токсичности отработавших газов. Во-вторых, повышается мощность и КПД двигателя, стабильность его работы.All this together reduces the time required for ignition and almost complete combustion of fuel assemblies. This achieves, firstly, a decrease in the amount of unburned fuel residues, which eliminates the possibility of detonation and reduces the toxicity of exhaust gases. Secondly, the power and efficiency of the engine, the stability of its operation, increases.

Уменьшение времени поджигания и сгорания ТВС, а также увеличение полноты сгорания топлива, позволяет устанавливать угол не опережения, а запаздывания зажигания в интервале 0…+20° после ВМТ, в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя при полном наполнении рабочего цилиндра 4 атмосферным воздухом на всех режимах работы и при степени сжатия ТВС ε=14…20 в камере сгорания 23. При этих значениях степени сжатия молекулы компонентов ТВС лучше контактируют друг с другом, что уменьшает время сгорания ТВС. При ε<14 время сгорания повысится, а при е>20 могут возникнуть пропуски искрового зажигания в канале 21 и опасность детонации в камере сгорания 23. Это отрицательно скажется на стабильности работы двигателя.Reducing the time of ignition and combustion of fuel assemblies, as well as increasing the completeness of fuel combustion, allows you to set the angle of not advancing, but ignition retardation in the range of 0 ... + 20 ° after TDC, depending on the engine crankshaft speed when the working cylinder 4 is completely filled with atmospheric air by in all modes of operation and at a compression ratio of fuel assemblies ε=14...20 in combustion chamber 23. At these compression ratios, the molecules of fuel assemblies are in better contact with each other, which reduces the combustion time of fuel assemblies. When ε<14, the combustion time will increase, and when e>20, spark misfiring in channel 21 and the risk of detonation in combustion chamber 23 may occur. This will adversely affect the stability of the engine.

Полное наполнение воздухом рабочего цилиндра 43 улучшает возможность регулирования мощности двигателя за счет изменение качества ТВС в камере сгорания 23 путем использования воздуха, поступающего из рабочего цилиндра 4 - отпадает необходимость в дроссельной заслонке и устраняется потеря мощности на дросселирование, что повышает КПД двигателя. При этом увеличение степени сжатия до 14...20 повышает плотность гомогенизированной ТВС, сближая между собой частицы смеси. Это также уменьшает время сгорания ТВС.Full air filling of the working cylinder 43 improves the ability to control the engine power by changing the quality of the fuel assemblies in the combustion chamber 23 by using the air coming from the working cylinder 4 - there is no need for a throttle valve and the loss of power for throttling is eliminated, which increases the engine efficiency. At the same time, an increase in the compression ratio to 14...20 increases the density of the homogenized fuel assemblies, bringing the particles of the mixture closer together. It also reduces the combustion time of fuel assemblies.

Диапазон угла запаздывания зажигания 0…+20° обусловлен тем, что при расположении точки зажигания до ВМТ становится возможным повышение давления 6 камере сгорания 23 во время движения рабочего поршня 4 к ВМТ, что приведет к уменьшению КПД и к ухудшению стабильности работы двигателя. Так, например, при управлении двигателем по патенту РФ №2267620, при угле зажигания -5…-7° [7] наблюдалась слабо выраженная детонация. А при угле зажигания больше +20° увеличение объема камеры сгорания 23 приведет к уменьшению в ней давления, что так же понизит КПД двигателя. Выбор угла зажигания в диапазоне 0…+20° полностью устраняет отрицательное влияние противодавления на такте сжатия и оказывает положительное влияние на КПД двигателя на такте рабочего хода.The ignition delay angle range of 0…+20° is due to the fact that when the ignition point is located up to TDC, it becomes possible to increase the pressure 6 of the combustion chamber 23 during the movement of the working piston 4 to TDC, which will lead to a decrease in efficiency and to a deterioration in the stability of the engine. So, for example, when controlling the engine according to the patent of the Russian Federation No. 2267620, at an ignition angle of -5 ... -7 ° [7], a mild detonation was observed. And when the ignition angle is more than +20°, an increase in the volume of the combustion chamber 23 will lead to a decrease in pressure in it, which will also reduce the efficiency of the engine. The choice of ignition angle in the range of 0…+20° completely eliminates the negative effect of back pressure on the compression stroke and has a positive effect on engine efficiency on the power stroke.

Ось рабочего цилиндра 4, предлагаемого двигателя смещена относительно оси коленчатого вала двигателя на 3…40 мм по направлению его вращения (фиг. 1). Это увеличивает плечо приложения максимального давления при положении рабочего поршня 3 в районе ВМТ, в результате чего повышается КПД двигателя. Диапазон величины смещения оси рабочего цилиндра относительно оси коленчатого вала двигателя обусловлен тем, что величина смещения менее 3 мм практически не влияет на увеличение плеча приложения максимального давления при положении рабочего поршня 3 в районе ВМТ и не приведет к заметному повышению КПД двигателя. Смещение оси рабочего цилиндра 4относительно оси коленчатого вала двигателя больше 40 мм приведет к значительному снижению бокового давления рабочего поршня 3 на стенку цилиндра 4 со стороны выпускного окна 31 при рабочем ходе поршня 3. Это приведет к пропускам отработавших газов из-за нарушения герметичности в контакте поршня 3 с цилиндром 4, а при ходе поршня 3 от НМТ к ВМТ значительно увеличит боковое давление поршня 3 на стенку цилиндра 4. Все это вместе понизит КПД двигателя.The axis of the working cylinder 4, the proposed engine is offset relative to the axis of the engine crankshaft by 3...40 mm in the direction of its rotation (Fig. 1). This increases the maximum pressure application arm at the position of the working piston 3 in the TDC region, as a result of which the engine efficiency increases. The range of displacement of the axis of the working cylinder relative to the axis of the crankshaft of the engine is due to the fact that a displacement of less than 3 mm practically does not affect the increase in the shoulder for applying maximum pressure when the working piston 3 is in the TDC region and will not lead to a noticeable increase in engine efficiency. The displacement of the axis of the working cylinder 4 relative to the axis of the crankshaft of the engine more than 40 mm will lead to a significant decrease in the lateral pressure of the working piston 3 on the wall of the cylinder 4 from the side of the exhaust port 31 during the working stroke of the piston 3. This will lead to the passage of exhaust gases due to leakage in the piston contact 3 with cylinder 4, and with the stroke of piston 3 from BDC to TDC, it will significantly increase the lateral pressure of piston 3 on the cylinder wall 4. All this together will reduce the efficiency of the engine.

По другому варианту способа управления двигателем внутреннего сгорания на установившемся мощностном режиме в интервале хода рабочего поршня 3 от ВМТ к НМТ после достижения угла поворота коленчатого вала рабочего цилиндра 0…20° подачу ТВС прекращают, а непосредственно в камеру сгорания 23 подают воду или смесь воды с другими жидкостями. Необходимость применения других жидкостей определяют при этом в зависимости от условий эксплуатации двигателя. Например, при работе двигателя при низкой температуре воду целесообразно использовать в смеси с этиловым спиртом, чтобы предупредить ее замерзание до подачи в камеру сгорания 23.According to another variant of the method for controlling an internal combustion engine at a steady power mode in the range of stroke of the working piston 3 from TDC to BDC, after reaching the angle of rotation of the crankshaft of the working cylinder of 0 ... 20 °, the supply of fuel assemblies is stopped, and water or a mixture of water with other liquids. The need to use other fluids is determined in this case depending on the operating conditions of the engine. For example, when the engine is running at low temperatures, it is advisable to use water mixed with ethyl alcohol to prevent it from freezing before being fed into the combustion chamber 23.

Вода или ее смесь с другими жидкостями, подается в камеру сгорания через устройство 28 для подачи воды, которое расположено в верхней части камеры сгорания 23 соосно с ней. Вода, при таком расположении устройства 28, перемещаясь вниз, наиболее полно омывает стенки камеры сгорания 23 и, нагреваясь, мгновенно испаряется, что увеличивает мощность двигателя за счет работы пара, Происходит утилизация тепла, израсходованного на нагрев стенок камеры сгорания 23,поверхности поршня 3 и стенок рабочего цилиндра 4. Как побочный эффект, это может частично облегчить решение проблемы охлаждения двигателя. При уменьшении мощности двигателя подачу воды или ее смеси с другими жидкостями прекращают, а подачу ТВС возобновляют.Water or its mixture with other liquids is supplied to the combustion chamber through a water supply device 28, which is located in the upper part of the combustion chamber 23 coaxially with it. Water, with this arrangement of the device 28, moving down, washes the walls of the combustion chamber 23 most completely and, heating up, instantly evaporates, which increases the engine power due to steam operation. The heat used to heat the walls of the combustion chamber 23, the surface of the piston 3 and walls of the working cylinder 4. As a side effect, this can partially alleviate the problem of engine cooling. With a decrease in engine power, the supply of water or its mixture with other liquids is stopped, and the supply of fuel assemblies is resumed.

Чтобы уменьшить потери тепла и повысить степень его утилизации, на внутренние поверхности деталей двигателя, подвергающиеся воздействию высокой температуры, нанесено жаростойкое покрытие с низкой теплопроводностью, например оксид алюминия.To reduce heat loss and improve heat recovery, the internal surfaces of engine parts exposed to high temperatures are coated with a heat-resistant coating with low thermal conductivity, such as aluminum oxide.

Таким образом, вся совокупность признаков предлагаемого способа управления двигателем внутреннего сгорания, и двигателя для осуществления этого способа, способствует достижению заявленного технического результата.Thus, the totality of the features of the proposed method for controlling the internal combustion engine, and the engine for implementing this method, contributes to the achievement of the claimed technical result.

Предлагаемый способ управления двигателем может быть осуществлен, а двигатель для его осуществления изготовлен с помощью известных в технике средств и материалов. Все операции по изготовлению деталей и узлов двигателя могут быть выполнены с помощью известного токарного, фрезерного и сверлильного оборудования, а также известного слесарного инструмента. Наиболее сложные операции, например, вырезание кольцевых каналов 21 и 22, можно выполнить, разделив корпус 29 камеры сгорания 23 на технологические детали, и после вырезки в них каналов соединить эти детали с помощью сварки. Камера сгорания может быть также изготовлена как монолитная деталь путем применения аддитивной технологии на 3D принтере. В качестве устройств 28 для подачи в камеру сгорания воды может быть использованы известные конструкции форсунок. Жаростойкое покрытие на поверхности деталей двигателя, подвергающиеся воздействию высокой температуры, например, оксид алюминия, может быть нанесено с помощью микродугового оксидирования. Для нанесения покрытий из других жаростойких материалов с малой теплопроводностью, например, оксида циркония, могут быть использованы известные процессы нанесения покрытий в вакууме термическим или ионным испарением и известное оборудование для их осуществления.The proposed method of controlling the engine can be implemented, and the engine for its implementation is made using means and materials known in the art. All operations for the manufacture of engine parts and assemblies can be performed using well-known turning, milling and drilling equipment, as well as well-known metalwork tools. The most complex operations, for example, cutting out the annular channels 21 and 22, can be performed by dividing the body 29 of the combustion chamber 23 into technological parts, and after cutting out the channels in them, connect these parts by welding. The combustion chamber can also be made as a monolithic part using additive technology on a 3D printer. As devices 28 for supplying water to the combustion chamber, known designs of nozzles can be used. A heat-resistant coating on the surfaces of engine parts exposed to high temperatures, such as aluminum oxide, can be applied using micro-arc oxidation. For the coating of other heat-resistant materials with low thermal conductivity, for example, zirconium oxide, known vacuum coating processes by thermal or ionic evaporation and known equipment for their implementation can be used.

Отслеживание параметров режима, регулируемых при осуществлении предлагаемого способа управления может выполняться с помощью известных и широко применяемых в двигателестроении датчиков давления, расхода воздуха, угла поворота коленчатого вала двигателя.Tracking of the mode parameters regulated in the implementation of the proposed control method can be performed using well-known and widely used in engine building sensors for pressure, air flow, and the angle of rotation of the engine crankshaft.

Эффективность явность предлагаемого способа управления двигателем проверяли экспериментально. Опытный образец предлагаемого двигателя был испытан в сравнении с двигателем по прототипу. При испытаниях двигатель работал в двухтактном режиме на бензине АИ72 производства Башнефть при степени сжатия ε=14. В двигателе по прототипу форкамеры, расположенная в верхней части камеры сгорания, имела форму полусферы объемом 10 мл. а камера сгорания - цилиндрическую форму объемом 36 мл. Предлагаемый двигатель имел цилиндрическую камеру сгорания объемом 36 мл с верхней частью в форме полусферы и кольцевой канал 21 объемом 10 мл, расположенный вокруг камеры сгорания и соединенный с камерой сгорания дополнительными каналами 25. В кольцевом канале 21 были размещены электроды двух свечей зажигания 26.The effectiveness of the proposed method of engine control was tested experimentally. A prototype of the proposed engine was tested in comparison with the prototype engine. During testing, the engine operated in a two-stroke mode on AI72 gasoline manufactured by Bashneft with a compression ratio of ε=14. In the prototype engine, the prechamber, located in the upper part of the combustion chamber, had the shape of a hemisphere with a volume of 10 ml. and the combustion chamber is a cylindrical shape with a volume of 36 ml. The proposed engine had a cylindrical combustion chamber with a volume of 36 ml with a hemisphere-shaped upper part and an annular channel 21 with a volume of 10 ml, located around the combustion chamber and connected to the combustion chamber by additional channels 25. Electrodes of two spark plugs 26 were placed in the annular channel 21.

Испытания производились на прогретых двигателях при частоте вращения коленчатого вала n=500...4000 об/мин. В процессе испытаний стробоскопом DA-3100 GS определяли изменение угла опережения зажигания ϕ от частоты вращения коленчатого вала, газоанализатором «Инфракар М» - состав выхлопных газов при частоте вращения коленчатого вала n=1000 об/мин.The tests were carried out on warm engines at a crankshaft speed of n=500...4000 rpm. In the process of testing, the DA-3100 GS stroboscope determined the change in the ignition timing ϕ from the crankshaft speed, the Infracar M gas analyzer determined the composition of exhaust gases at a crankshaft speed of n=1000 rpm.

Результаты испытаний показали, что угол опережения зажигания предлагаемого двигателя менялся при изменении частоты вращения коленчатого вала в интервале ϕ=+5°…0°, а в двигателе по прототипу ϕ=-8°…0°. Это свидетельствует об отсутствии противодавления при движении рабочего поршня предлагаемого двигателя от НМТ к ВМТ.The test results showed that the ignition timing of the proposed engine changed when changing the speed of the crankshaft in the range ϕ=+5°...0°, and in the engine according to the prototype ϕ=-8°...0°. This indicates the absence of counterpressure during the movement of the working piston of the proposed engine from BDC to TDC.

Результаты сравнительного определения состава выхлопных газов показали, что в выхлопных газах предлагаемого двигателя по сравнением с прототипом содержание СО уменьшилось в 1,5 раза, СН - в 2,5 раза, СO₂ - в 2 раза. Содержание O₂ увеличилось в 1,15 раза. Коэффициент избытка воздуха в предлагаемом двигателе составил λ=5 против. λ=2,9 в двигателе по прототипу.The results of a comparative determination of the composition of the exhaust gases showed that in the exhaust gases of the proposed engine, compared with the prototype, the content of CO decreased by 1.5 times, CH - by 2.5 times, CO ₂ - by 2 times. The content of O ₂ increased by 1.15 times. The coefficient of excess air in the proposed engine was λ=5 against. λ=2.9 in the engine according to the prototype.

Полученные данные свидетельствуют о том, что заявляемое изобретение обеспечивает технический эффект, причиной которого является отсутствие противодавления при ходе поршня от НМТ к ВМТ за счет значительного уменьшения времени горения ТВС и установки угла зажигания после ВМТ на всех режимах работы двигателя. Это приводит к повышению КПД работы двигателя, а также к более полному сгоранию топлива и более полному использованию энергии сгоревшего топлива в предлагаемом двигателе по сравнении с прототипом. В результате применение предлагаемого двигателя повысит его мощность и КПД, увеличит стабильность работы и значительно снизит выбросы СO₂.The data obtained indicate that the claimed invention provides a technical effect, the cause of which is the absence of back pressure during the piston stroke from BDC to TDC due to a significant reduction in the burning time of fuel assemblies and setting the ignition angle after TDC in all engine operating modes. This leads to an increase in the efficiency of the engine, as well as to a more complete combustion of the fuel and a more complete use of the energy of the burnt fuel in the proposed engine in comparison with the prototype. As a result, the use of the proposed engine will increase its power and efficiency, increase stability and significantly reduce CO ₂ emissions.

Таким образом, предлагаемый способ управления двигателем внутреннего сгорания и двигатель для его осуществления обеспечивают технический результат, заключающийся в повышении стабильности работы двигателя, а также в повышении его мощности и коэффициента полезного действия.Thus, the proposed method for controlling an internal combustion engine and the engine for its implementation provide a technical result, which consists in increasing the stability of the engine, as well as increasing its power and efficiency.

Предлагаемый способ может быть осуществлен, а двигатель для его осуществления изготовлен с помощью известных в технике средств и материалов. Следовательно, предлагаемый способ управления и двигатель для его осуществления обладают промышленной применимостью.The proposed method can be implemented, and the engine for its implementation is made using tools and materials known in the art. Therefore, the proposed control method and the engine for its implementation have industrial applicability.

Библиографический списокBibliographic list

1. Патент РФ №2718463 РФ; МПК F02 В 33/16 (2006.01); F02B 33/22; F02B 13/06. Двигатель внутреннего сгорания и способ управления им. / автор, заявитель и патентообладатель Сергеев Александр Николаевич. -№2020116021, заявл. 20.04.2020, опубл. 19.01.2021 Бюл. №2.1. Patent of the Russian Federation No. 2718463 of the Russian Federation; IPC F02 B 33/16 (2006.01); F02B 33/22; F02B 13/06. Internal combustion engine and control method. / author, applicant and patent holder Sergeev Alexander Nikolaevich. -No. 2020116021, application. 04/20/2020, publ. 01/19/2021 Bull. No. 2.

2. Патент РФ №2740663; МПК F02В 33/16 (2006.01); 33/22; 13/06; Двигатель внутреннего сгорания, автор, заявитель и патентообладатель Сергеев Александр Николаевич. - №: 2019107986, заявл. 20.03.2019, опубл. 08.04.2020, Бюл. №10.2. RF patent No. 2740663; IPC F02B 33/16 (2006.01); 33/22; 13/06; Internal combustion engine, author, applicant and patentee Sergeev Alexander Nikolaevich. - No.: 2019107986, claim. 03/20/2019, publ. 04/08/2020, Bull. No. 10.

3. Патент РФ №2707012; МПК (2006.01) F02B 29/00; 33/00; 33/16; 47/02; Способ управления двигателем внутреннего сгорания / автор, заявитель и патентообладатель Сергеев Александр Николаевич. - №2019101303, заявл. 16.01.20194 опубл. 21.11.2019, Бюл. №33.3. RF patent No. 2707012; IPC (2006.01) F02B 29/00; 33/00; 33/16; 47/02; A method for controlling an internal combustion engine / author, applicant and patent holder Alexander Nikolaevich Sergeev. - No. 2019101303, application. 01/16/20194 publ. 11/21/2019, Bull. No. 33.

4. Патент РФ №2656537, МПК F02B 29/00; 33/00; 33/16; 47/02; Способ управления двигателем внутреннего сгорания. Заявитель и патентообладатель Сергеев Александр Николаевич. - 2017101477. Заявл. 17.01.20, опубл. 05.06. 2018. Бюлл. №16.4. RF patent No. 2656537, IPC F02B 29/00; 33/00; 33/16; 47/02; A method for controlling an internal combustion engine. Applicant and patent owner Sergeev Alexander Nikolaevich. - 2017101477. Appl. 01/17/20, publ. 05.06. 2018 Bull. No. 16.

5. Патент №2717201 РФ, МПК5 В23K 93/16; 32/01: 33/00, Двигатель внутреннего сгорания / автор, заявитель и патентообладатель Сергеев Александр Николаевич. - №2019125641, Заявл. 13.08.2019; Опубл. 18.03.2020 Бюл. №8.5. Patent No. 2717201 RF, MPK5 V23K 93/16; 32/01: 33/00, Internal combustion engine / author, applicant and patentee Sergeev Alexander Nikolaevich. - No. 2019125641, Appl. 08/13/2019; Published 03/18/2020 Bull. No. 8.

6. Коноплев В.Н., Кузнецов И.В., Конушин А.А. Улучшение показателей рабочего процесса в двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием путем объемного воспламенения и сгорания / Материалы 77-Й Международной научно-технической конференции ААИ «Автомобиле- и тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кадров». Секция 2 «Поршневые и газотурбинные двигатели». - (2014). - С. 135-141.6. Konoplev V.N., Kuznetsov I.V., Konushin A.A. Improving the performance of the working process in an internal combustion engine with spark ignition by volumetric ignition and combustion / Proceedings of the 77th International Scientific and Technical Conference of the AAI "Automobile and Tractor Engineering in Russia: Development Priorities and Personnel Training". Section 2 "Piston and gas turbine engines". - (2014). - S. 135-141.

Электронный ресурс https://www.studmed.ru/konoplev-v-n-kuznecov-i-v-konushin-a-a-uluchshenie-pokazateley-rabochego-processa-v-dvigatele-vnutrennego-sgoraniya-s-iskrovym-zazhiganiem-putem-obemnogo-vosplameneniya-i-sgoraniya 2838041f3a9.html (дата обращения 29.05.2021)Electronic resource https://www.studmed.ru/konoplev-v-n-kuznecov-i-v-konushin-a-a-uluchshenie-pokazateley-rabochego-processa-v-dvigatele-vnutrennego-sgoraniya-s-iskrovym-zazhiganiem-putem-obemnogo- vosplameneniya-i-sgoraniya 2838041f3a9.html (accessed 05/29/2021)

7. Электронный ресурс: https://www.studmed.ru/konoplev-v-n-kuznecov-i-v-konushin-a-a-uiuchshenie-pokazateley-rabochego-processa-v-dvigatele-vnutrennego-sgoraniva-s-iskrovym-zazhiganiem-putem-obemnogo-vosplameneniya-i-sgoraniya_2838041f3a9.html (дата обращения 07.05.2021).7. Electronic resource: https://www.studmed.ru/konoplev-v-n-kuznecov-i-v-konushin-a-a-uiuchshenie-pokazateley-rabochego-processa-v-dvigatele-vnutrennego-sgoraniva-s-iskrovym-zazhiganiem-putem -obemnogo-vosplameneniya-i-sgoraniya_2838041f3a9.html (accessed 05/07/2021).

Claims

1. A method for controlling a two-stroke internal combustion engine, in which the air-fuel mixture (FA) is homogenized at an excess air ratio of λ≤0.5, after blocking the purge and exhaust windows of the working cylinder, the fuel assemblies are fed in a gaseous state into the prechamber and combustion chamber at pressure in the combustion chamber more than atmospheric, and the fuel assemblies are depleted in the combustion chamber to an excess air ratio of 0.6≤λ≤2.0, using the air coming from the working cylinder, and providing different quality of fuel assemblies in the forechamber, combustion chamber and working cylinder, after which they produce spark ignition of fuel assemblies, characterized in that the ignition timing is set in the range of 0° ... +20° near TDC, depending on the engine crankshaft speed when the working cylinder is completely filled with atmospheric air in all engine operating modes and at a compression ratio in the combustion chamber ε =14 ... 20, while the upper annular channel around the combustion chamber is used as a prechamber ia, but the fuel assemblies are ignited simultaneously by several candles, the electrodes of which are located in the upper annular channel.

2. A method for controlling a two-stroke internal combustion engine, in which the air-fuel mixture (FA) is homogenized and, after closing the purge and exhaust windows of the working cylinder, fuel assemblies in a gaseous state are fed into the combustion chamber and spark ignition is performed, characterized in that, in the steady state, the supply of fuel assemblies is stopped and in the stroke interval of the working piston from top dead center (TDC) to bottom dead center (BDC) and after reaching the angle of rotation of the cranked vase of the working cylinder 0 ... 20 ° after TDC, water or a mixture of water with other liquids is fed directly into the combustion chamber, and when the engine power is reduced, the supply of water or a mixture of water with other liquids is stopped and the fuel supply is resumed.

3. A two-stroke internal combustion engine, for implementing the control method according to claim 1 or 2, containing a working cylinder with a working piston and with purge and exhaust windows, a combustion chamber, a compressor cylinder with a compressor piston and a fuel supply device, the compressor cylinder being connected by a channel with a combustion chamber, with a working cylinder through a switch and through check valves, the movement of the piston of the compressor cylinder relative to the movement of the piston of the working cylinder is set ahead of the angle of rotation of the crankshaft of the compressor cylinder relative to the angle of rotation of the crankshaft of the working cylinder, the combustion chamber is made cylindrical with two annular channels around her, the upper annular channel is connected by several additional channels to the combustion chamber, and the axes of these additional channels are directed perpendicular to the axis of the combustion chamber, and the lower annular channel is connected by additional channels to the working cylinder, the engine with equipped with a device for supplying water or a mixture of water with other liquids into the combustion chamber, characterized in that the additional channels connecting the lower annular channel with the working cylinder are made in the form of truncated cones, the large bases of which are directed towards the axis of the working cylinder, the additional channels are located in a continuous chain evenly around the circumference of the lower annular channel, or arranged in groups, in each group the channels are located on the radial axes of the combustion chamber, and the groups of additional channels are evenly spaced around the circumference of the lower annular channel, the axes of the additional channels of the lower annular channel are directed towards the axis of the working cylinder under different angles within 10 ... 90 °, spark plugs are located in the upper annular channel evenly along its circumference, the geometric dimensions of the combustion chamber are determined from the condition H>D, where H is the height of the combustion chamber, D is the diameter of the combustion chamber, the axis of the working cylinder is displaced relative to the axis cranked shaft by 3...40 mm in the direction of its rotation, and the water supply device is installed in the upper part of the combustion chamber coaxially with it.

4. The engine according to claim 3, characterized in that a heat-resistant coating with low thermal conductivity, for example, aluminum oxide, is applied to the internal surfaces of engine parts exposed to high temperatures.